Medan Garis Muatan Terbatas

1 · Memprediksi

Sebuah batang lurus berhingga membawa muatan yang tersebar merata sepanjang batang tersebut. Pada garis-bagi yang tegak lurus, apakah medan dari suatu garis muatan mengikuti hukum 1/r² yang sama dengan hukum muatan titik?

• Ya — dari jarak yang cukup jauh, masih terlihat seperti muatan titik.
• Medan tidak bergantung pada jarak dari distribusi muatan yang diperluas.
• Tidak - garis muatan berhingga mempunyai ketergantungan jaraknya sendiri yang lebih kompleks, bukan hukum 1/r² yang sederhana.

2 · Pengaturan

1. Buka preset line-charge (garis muatan) dan tekan Reset. Batang membawa kerapatan muatan linier 2 nC/m sepanjang 4,8 m.
2. Aktifkan pembacaan kekuatan medan pada garis bagi tegak lurus.
3. Tetapkan jarak tegak lurus dari titik tengah batang untuk setiap percobaan dan catat kekuatan medannya.

3 · Kumpulkan Data

Merencanakan |E_y| (sumbu y) terhadap 1/d (sumbu x) dan secara terpisah terhadap 1/d² (sumbu x) untuk tiga percobaan Anda. Manakah yang lebih terlihat seperti garis lurus pada jarak ini?

4 · Analisis

1. Untuk satu percobaan, hitung E_y = −2kλL_half/(d·√(L_half² + d²)) menggunakan k = 8.99×10⁹ N·m²/C², λ = 2 nC/m, L_half = 2.4 m. Bandingkan dengan tabel.
2. Jelaskan mengapa medan muatan garis berhingga tidak dapat direduksi menjadi hukum pangkat bersih seperti 1/r² — medan tersebut bergantung pada jarak d dan setengah panjang batang melalui kombinasi √(L_half² + d²).

5 · Perluas

1. Karena jarak d menjadi sangat kecil dibandingkan dengan panjang batang, rumusnya mendekati E ≈ −2kλ/d (hasil klasik 'garis muatan tak terhingga', yang turun menjadi 1/d bukan 1/d²). Jelaskan, dengan menggunakan rumus Anda, mengapa batang berhingga berperilaku seperti batang tak terhingga ketika Anda berada dekat dengannya.
2. Karena jarak d menjadi sangat besar dibandingkan dengan panjang batang, rumusnya harus mendekati hasil muatan titik E ≈ kQ_total/d² (dengan Q_total = λ·2L_half). Jelaskan secara fisik mengapa distribusi muatan yang diperluas terlihat seperti muatan titik jika dilihat dari jarak yang cukup jauh.

← Kembali ke eksperimen

138 Lembar Kerja Laboratorium Fisika Gratis yang Bisa Dicetak